[發明專利]基于殼體電容變化的嵌入式壓力測量儀

有效

• 申請號: 201010553914.2
• 申請日: 2010-11-19
• 公開（公告）號: CN102169037A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 馬鐵華;李新娥;裴東興;范錦彪;張瑜;沈大偉;張紅艷;徐鵬;葉娟
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01L9/12
• 分類號: G01L9/12
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 傅權;符麗霞

一.技術領域

本發明公開的基于殼體電容變化的嵌入式壓力測量儀屬壓力測量儀器領域，具體涉及一種用于內腔壓力測試的壓力測量儀，這是一種利用殼體電容變化測量壓力的測量儀器。

二.背景技術

在眾多的運輸方式中，內腔運輸因其可靠性高，運輸成本較低，已成為與鐵路、公路、航空、水運并駕齊驅的五大運輸行業之一，而高效、可靠的內腔中流體壓力的測量在內腔泄漏檢測與定位中處于十分重要的地位，它不僅為高濃度粘稠物料的遠距離內腔輸送系統的設計提供試驗數據，并為建立相關理論奠定基礎，同時還是石油、天然氣開采的重要條件，也是安全生產的重要保障。因此，對內腔壓力檢測技術的研究，是一個具有實際意義的工作。

內腔流體壓力的測量對這種壓力測量儀有如下要求：1.能夠在具有高濃度、高粘性、高磨損性等物理特性的被運輸物料中工作。2.某些特定環境，如油田現場，多處于野外，因此需在無人值守的情況下進行測量，即要求壓力測量儀能夠將測試的數據存儲下來，事后回放。這不僅要求壓力測量儀數據存儲容量大，同時功耗要小。3.由于壓力內腔輸送的流體可能具有有毒性、燃爆性和腐蝕性，且又有高溫、高壓、低溫等特殊操作條件，要求壓力測量儀具有耐高壓、密封性好、耐腐蝕的特點。總之，內腔流體壓力測量的環境惡劣，不僅要求壓力測量儀耐腐蝕、適應高低溫工作環境、同時要求壓力測量儀具有高精度、高可靠性、低功耗的特點。目前，用來測量內腔壓力的方法主要有液柱式壓力測試方法、彈性式壓力檢測方法、電氣式壓力檢測方法和活塞式壓力檢測方法；按照與被測介質是否接觸，可以分為接觸式測量和非接觸式測量方法。

接觸式測量方法，例如電容應變式流體壓力傳感器，從電容傳感器的結構出發，利用應變膜片制作電容傳感器的電極，設計了一種電容傳感器。電容應變式流體壓力傳感器的結構是：電極為圓形極板，半徑為R，在被測流體壓力P的作用下，敏感膜片產生彎曲變形，壓力P作用于膜片產生變形，通過導桿帶動可動極板產生位移，改變了電容的大小，電容的變化量ΔC與壓力P成線性關系。通過檢測電容的變化量來判斷其所受壓力。測量時，通常情況下需要在被測對象開一個孔，通過引壓管將被測介質引入壓力檢測儀表的敏感元件處。因此，引壓系統的性能和可靠性左右著整個測量系統的性能，如引壓管受堵將引起測壓不正確；引壓管太長使測壓系統的動態性能變差等。在壓力容器上開孔引壓的方法產生的另一個問題是由于開孔使壓力容器的強度大大降低，主要表現在：(1)開孔破壞了容器原有的應力分布并引起應力集中；(2)接管處容器殼體與接管形成結構不連續應力；(3)殼體與接管連接的拐角處因不等截面過渡(即小圓角)而引起應力集中。而應力集中是產生裂紋的主要原因之一，實踐證明，壓力容器的泄漏和爆炸事故絕大多數起源于裂紋或其它缺陷的擴展。此外，不管任何系統在使用過程中，如果要求臨時增加一個檢測點，都非常的不方便。而本發明采用將壓力測量儀固定在內腔中，利用其存儲設備進行存儲數據的方式，解決了上述問題。

非接觸式測量方法，例如超聲波石油內腔壓力測量即在內腔外壁夾裝超聲波換能器，利用超聲波進行內腔壓力的測量。當流體介質受到的壓力增高時，其密度增加，同時彈性模量也增加。這樣，當壓力變化時會引起介質的兩個物理特性發生變化，它們都會對通過其中的超聲波速度產生影響。同時產生影響的還有外界溫度。通過測量超聲波在內腔內傳播時間的變化來推導出超聲波在內腔內的速度變化，從而確定石油內腔內部壓力的變化情況。它存在不足的問題是：(1)測量數據必須經過標準壓力表的校正從而提高測量精度，數據處理比較復雜，且是難點。(2)測試電路功耗大、可靠性差、精度低。而本發明利用其大容量存儲電路將數據存儲后，將其數據讀出來，運用相關數據處理軟件即可處理數據。即嵌入式電子壓力測量儀數據處理簡單，功耗低，精度較高。

三.發明內容

本發明的目的是：向社會提供這種基于殼體電容變化的嵌入式壓力測量儀，該測量儀解決了無損內腔壓力和高濃度、高粘性、高磨損性運輸物料，及無人值守情況下的流體壓力測量難題。

本發明的技術方案是這樣的：這種基于殼體電容變化的嵌入式壓力測量儀，技術特點在于：所述的基于殼體電容變化的嵌入式壓力測量儀是基于由殼體形成的板電容器構成的嵌入式壓力測量儀。所謂嵌入式就是該測量儀可嵌入無損被測量壓力器具的內腔中，及在無人值守情況下，鑲嵌于高濃度、高粘性、高磨損性運輸物料的流體內進行壓力測量。乃是本發明技術方案的一大特點。